Технология производства гибридных интегральных микросхем
Основные техпроцессы при изготовлении интегральных микросхем
Интегральная схема
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
Первые интегральные схемы
Производство интегральных микросхем
Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования. Изобретение микросхем началось с изучения свойств тонких оксидных плёнок, проявляющихся в эффекте плохой электропроводимости при небольших электрических напряжениях. Проблема заключалась в том, что в месте соприкосновения двух металлов не происходило электрического контакта или он имел полярные свойства. Глубокие изучения этого феномена привели к изобретению диодов, а позже транзисторов и интегральных микросхем. В году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на TexasInstruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводниковFairchildSemiconductor. Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить на одном монолитном кристалле из полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний. В году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения — началось противостояние двух компаний, которое закончилось мирным договором и созданием совместной лицензии на производство чипов. После того как в годуFairchildSemiconductorCorporation пустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность. Интегральные схемы - твердотельное устройство, содержащее группу приборов и их соединения связи , выполненное на единой пластине подложке. В интегральной схеме интегрируются пассивные элементы ёмкости, сопротивления и активные элементы, действие которых основано на различных физических явлениях. Внутренние связи интегральной схемыпреобразуют множество приборов в функциональное устройство для целей информатики, преобразования различных видов энергии и робототехники. Часто под интегральной схемой понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой , а под микросхемой— ИС, заключённую в корпус. При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии для получения рисунка используется свет определённой длины волны. Минимальный размер деталей рисунка — половина длины волны определяется дифракционным пределом , при этом схему формируют на подложке обычно из кремния , полученной путём резки алмазными дисками монокристаллов кремния на тонкие пластины. Ввиду малости линейных размеров элементов микросхем, от использования видимого света, и даже ближнего ультрафиолета, при засветке давно отказались. В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают минимальные контролируемые размеры топологии фотоповторителя контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости с рядом других производственных возможностей: Таким образом, кристалл переворачиваетсяи его планарная сторона посредством бугорков контактирует с поверхностью основаниякорпуса. При кратковременном нагреве такой композициипроисходит прочное соединение контактных выступов полупроводникового кристаллас основанием корпуса. Наличие высокогогрибообразного выступа обеспечивает необходимый зазор между полупроводниковымкристаллом и подложкой при расплавлении припоя. Пленочные ИС имеют подложку плату из диэлектрика стекло, керамика и др. Активныеэлементы диоды, транзисторы не делаются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы и представляют собой ДС-цепи или какие-либо другие схемы. Принято различать ИС тонкопленочные, у которых толщина пленок не более 2 мкм, и толстопленочные, у которых толщина пленок значительно больше. Разница между этими ИС заключается не столько в толщине пленок, сколько в различной технологии их нанесения. Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толщиной 0. При изготовлении пленочных резисторов на подложку наносят резистивные пленки. Если сопротивление резистора не должно быть очень большим, то пленка делается из сплава высокого сопротивления, например из нихрома. А для резисторов высокого сопротивления применяется смесь металла с керамикой. На концах резистивной пленки делаются выводы в виде металлических пленок, которые вместе с тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление пленочного резистора зависит от толщины и ширины пленки, ее длины и материала. Для увеличения сопротивления делают пленочные резисторы зигзагообразной формы. Удельное сопротивление пленочных резисторов выражают в особых единицах — омах на квадрат, так как сопротивление данной пленки в форме квадрата не зависит от размеров этого квадрата. Действительно, если сделать сторону квадрата, например, в два раза больше, то длина пути тока увеличится вдвое, но и площадь поперечного сечения пленки для тока также возрастет вдвое: Тонкопленочные резисторы по точности и стабильности лучше толстопленочных, но производство их сложнее и дороже. У тонкопленочных резисторов удельное сопротивление может быть от 10 до Ом на квадрат. Точность их изготовления зависит от подгонки. Подгонка состоит в том, что тем или иным способом резистивный слой частично удаляется и сопротивление, сделанное умышленно несколько меньшим, чем нужно, увеличивается до требуемого значения. В течение длительного времени эксплуатации сопротивление этих резисторов мало изменяется. Толстопленочные резисторы имеют удельное сопротивление от 2 Ом до 1 МОм на квадрат. Их стабильность во времени хуже, чем у тонкопленочных резисторов. Пленочные конденсаторычаще всегоделаются только с двумя обкладками. Одна из них наносится на подложку и продолжается в виде соединительной линии, затем на нее наносится диэлектрическая пленка, а сверху располагается вторая обкладка, также переходящая в соединительную линию. В зависимости от толщины диэлектрика конденсаторы бывают тонко - и толсто-пленочными. Диэлектриком обычно служат оксиды кремния, алюминия или титана. Удельная емкость может быть от десятков до тысяч пикофарад на квадратный миллиметр, и соответственно этому при площади конденсатора в 25 мм3 достигаются номинальные емкости от сотен до десятков тысяч пикофарад. Пленочные катушки делаются в виде плоских спиралей, чаще всего прямоугольной формы. Ширина проводящих полосок и просветов между ними обычно составляет несколько десятков микрометров. На площади 25 мм2 можно получить индуктивность до 0,5 мкГн. Обычно такие катушки делаются с индуктивностью не более нескольких микрогенри. Увеличить индуктивность можно нанесением на катушку ферромагнитной пленки, которая будет выполнять роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца пленочной катушки. Приходится для этого наносить на соответствующее место катушки диэлектрическую пленку, а затем поверх этой пленки наносить металлическую пленку — вывод. Широкое распространение получили гибридные ИС — интегральные схемы, в которых применяются плёночные пассивные элементы и навесные элементы резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы , называемые компонентами ГИС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры. Высоких требований к точности элементов в ТЗ нет. Условия эксплуатации изделия нормальные. Навесными элементами в микроэлектронике называют миниатюрные, обычно бескорпусные диоды и транзисторы, представляющие собой самостоятельные элементы. Иногда в гибридных ИС навесными могут быть и некоторые пассивные элементы, например, миниатюрные конденсаторы с такой большой емкостью, что их невозможно осуществить в виде пленок. Это могут быть и миниатюрные трансформаторы. В некоторых случаях в гибридных ИС навесными являются целые полупроводниковые ИС. Проводнички от транзистора или от других навесных элементов присоединяются к соответствующим точкам схемы чаше всего методом термокомпрессии провод при высокой температуре прижимается под большим давлением. Гибридные ИС изготовляются следующим образом. Ее тщательно шлифуют и полируют. Затем наносятся резистивные пленки, далее нижние обкладки конденсаторов, катушки и соединительные линии, после этого диэлектрические пленки, а затем снова металлические. Схема помещается в корпус и присоединяется к контактным штырькам корпуса. Далее корпус герметизируется и маркируется, т, е. Отличительной особенностью совмещенных ИМ является применение дополнительных резистивных и диэлектрических материалов наряду с кремнием, его двуокисью и чистыми металлами для межэлементных соединений, а также независимость принципа действия тонкоплёночных элементов от кремния, так как вместо изоляции p-n переходом используют более совершенную изоляцию плёнками двуокиси кремния. Выход годных из-за большого числа операций уменьшается. Слои осаждают способами термовакуумного осаждения или катодного распыления, рисунок фотолитографией или на основе применения свободных масок. Наибольшие технологические трудности возникают из-за температурных нагрузок при термокомпрессии и креплении кристалла к основанию корпуса может измениться номинал тонкоплёночных интегральных элементов. С точки зрения количества составляющих вентилей микросхемы можно разделить на четыре категории: Схемы с низким уровнем интеграции содержат от одного до 4 вентилей. В схемах среднего уровня интеграции может быть от 4 до вентилей. Если, наконец, схема содержит более вентилей, ее относят к СБИС. Число вентилей в некоторых СБИС доходит до Для получения такого разрешения используется широкий спектр литографических методов: По оценкам промышленных экспертов технология СБИС скоро достигнет такого уровня, что на микросхеме можно будет разместить до миллиона вентилей. Возрастает вероятность потери рынка сбыта, потому что последний может не согласиться с базовыми идеями, заложенными в проект на различных этапах его разработки. Весь комплексный проект разбивается на серию задач, каждую из которых можно запрограммировать на ЭВМ. Сначала выполняется функциональное проектирование-синтез, верификация , моделирование и тестирование на архитектурном, системном, логическом, схемном, приборном и процессном уровнях. Затем идет физическая разработка разбиение, разработка топологии и топологический анализ. На обеих фазах параллельно с проектированием должны рассматриваться такие факторы, как функциональность, тестируемость и технологичность. Системы автоматизированного проектирования САПР требуют значительных ресурсов памяти и многих часов процессорного времени для решения задач, возникающих при проектировании топологии сложной микросхемы. Тем не менее применение САПР ускорило разработку микросхем. При изготовлении интегральных схем очень важным является контроль технологических процессов. Хорошо организованный контроль обеспечивает высокий процент выхода годной продукции. Успешный контроль изготовления интегральных микросхем в основном зависит от знания процесса производства и заключается в измерении и визуальной проверке основных операций технологического процесса, а также в использовании полученной информации для корректирования технологических режимов. Методы технологического контроля, используемые в производстве ИМС, можно объединить в три группы:. Методы пооперационного контроля после технологических процессов эпитаксии, диффузии и других те же, что и в производстве дискретных приборов. Сюда входят измерения толщин пленок, глубин p-n - переходов, поверхностной концентрации и др. Метод визуального контроля играет важную роль в производстве ИМС, несмотря на кажущуюся тривиальность. Он включает осмотр схем под оптическим микроскопом и использование различных средств визуализации — наблюдение термографии и др. Наконец, один из основных методов контроля параметров ИМС на различных технологических этапах — это применение тестовых структур. Рассмотрим более подробно два последних метода. Существенные данные о состоянии пластины можнополучить визуальной проверкой с помощью микроскопа с большим увеличением — от80х до х. При этом выявляются такие показатели, каксостояние поверхности, избыточное или недостаточное травление, изменениетолщины окисного слоя, правильность перехода и др. Одним из наиболее опасных дефектов является пористостьокисного слоя, легко обнаруживаемая при визуальной проверке схемы подмикроскопом. Это — небольшие отверстия в окисном слое, вызванные либо пыльюпри нанесении фоторезиста, либо повреждением фотошаблона. Если этот дефектокажется в критической точке, то последующая диффузия примеси может вызватькороткое замыкание перехода и выход из строя всей микросхемы. Одним из эффективных методов визуализации являетсяиспользование сканирующего электронного микроскопа, позволяющего наблюдатьтопографический и электрический рельеф интегральной микросхемы. Это наблюдениеобеспечивает неразрушающий характер контроля. Для наблюдения необходимо, чтобыповерхность микросхемы была открытой. Резкое изменение потенциала наповерхности вызывает изменение контраста изображения, формируемого вторичнымиэлектронами, и свидетельствует о разомкнутой электрической цепи или оперегретых участках. Этим методом можно легко обнаружить загрязнение перехода, частицы пыли, проколы в окисном слое и царапины на тонком слое металлизации. Нормальный градиент потенциала в резисторе можно наблюдать в виде равномерногоизменения цвета от темного на одном конце резистора до светлого на другом егоконце, при этом подложка имеет более высокое напряжение смещения, как этообычно бывает и интегральных микросхемах. Изображение резистора поэтому будетрельефным. Установив ряд таких изображений интегральных компонентов, соответствующих норме, можно судить на основании сравнения с этими эталонами оботклонениях и вызвавших их причинах. Увеличение энергии электронов в лучепозволяет проникать в поверхностный слой для обнаружения таких дефектов, кактрещины. Для измерения термических профилей с выявлениемперегретых участков разработан инфракрасный сканирующий микроскоп. Микроскопвключает ИК - детектор с высокой разрешающей способностью, объединенный спрецизионным сканирующим и записывающим устройствами. Чувствительным элементомявляется пластина антимонида индия, поддерживаемая при температуре жидкогоазота. Такую аппаратуру используют для оценки качества конструкции данноймикросхемы в отношении рассеяния тепла и мощности. Термосканирующий приборимеет следующие достоинства: В планарных структурах на поверхности схемы хорошовидны горячие участки, возникающие в результате наличия проколов в окисле идиффузионных каналов в полупроводнике. Отклонения от нормы обнаруживают путемсравнения с нормально функционирующими стандартами ИМС. В последние годыширокое применение получили термографические системы, основанные наиспользовании термочувствительных красок. Пленки из термочувствительных красок, в том числе жидких кристаллов, нанесенные на поверхность интегральноймикросхемы, поставленной под нагрузку, окрашиваются в различные цвета, чтопозволяет, наблюдая ИМС под микроскопом, фиксировать изменение температуры сточностью до 0. Наиболее эффективен при проведении испытаний гибридных интегральных микросхем, в которых в принципе возможна замена неисправных элементов, расположенных на общей подложке. Сложность и многообразие программы функционального и диагностического контроля интегральных микросхем требуют обязательного использования ЦВМ и специальных автоматизированных систем. Автоматизированные системы, используемые для контроля интегральных микросхем, характеризуются следующими основными параметрами: Принцип работы автоматизированной системы функционального контроля интегральных микросхем с применением ЦВМ состоит в следующем. По команде от ЦВМ в счетчик адреса памяти записывается начальный адрес входных тестовых комбинаций, а в регистр адреса контролируемой тестовой комбинации — соответствующий адрес. На компаратор подается от ЦВМ ожидаемая комбинация входных сигналов. Несколько разрядов запоминающего устройства входных тестовых комбинаций выделено для хранения определенного числа циклов тактового генератора В течение периода хранения на входные выводы интегральной схемы должна подаваться одна и та же тестовая комбинация. Число циклов в обратном коде переписывается в счетчик повторений тестовых комбинаций, на счетный вход которого поступают тактовые импульсы. При его заполнении увеличивается содержимое счетчика адреса памяти и опрашивается запоминающее устройство входных тестов по новому адресу. При равенстве адреса счетчика памяти и регистра контролируемой комбинации прекращается подача тактовых импульсов, компаратор стробируется по времени, фиксируя входные импульсы последней тестовой комбинации. Путем записи в регистр адреса контролируемой комбинации различных адресов проверяется интегральная микросхема с динамической логикой на всех тестовых комбинациях. Кроме указанных элементов система включает в себя схему сравнения, схему выдачи входных воздействий и вентиль. Наиболее эффективными методами контроля качества соединений являются испытания на механическую прочность и металлографический анализ. Применение интегральных микросхем вместо схем, состоящих из дискретных элементов, дает ряд преимуществ, из которых важнейшими являются: Электротехника Научные публикации Рефераты. Анастасия Селиверстова У Оглавление Введение Подписаться на рассылку Pandia. Интересные новости Важные темы Обзоры сервисов Pandia. Основные порталы, построенные редакторами. Бизнес и финансы Бизнес: Каталог авторов частные аккаунты. Все права защищены Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов. Минимальная ширина экрана монитора для комфортного просмотра сайта: Мы признательны за найденные неточности в материалах, опечатки, некорректное отображение элементов на странице - отправляйте на support pandia. Авиация Алгебра Анатомия Археология Банковское дело Биология Военное дело Геология Государство и право Искусство История Коммуникации и связь. Контрольные работы Математика Медицина Педагогика Психология Социология Статистика Физика Филология Философия Экология Экономика. О проекте Справка О проекте Сообщить о нарушении Форма обратной связи. Авторам Открыть сайт Войти Пожаловаться. Архивы Все категории Архивные категории Все статьи Фотоархивы. Лента обновлений Педагогические программы. Правила пользования Сайтом Правила публикации материалов Политика конфиденциальности и обработки персональных данных При перепечатке материалов ссылка на pandia.
Кролики михайлов своими руками чертежи
Как правильно сделать содержание в курсовой работе
Adam lambert перевод песен
Тест на айкью вопросы
Хронический бартолинит лечение в домашних условиях
Через сколько дней вылупляются волнистые попугаи